СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР Российский патент 1994 года по МПК F24J2/24 F24J2/48 

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано для преобразования солнечной энергии в тепловую, в частности в системах горячего водоснабжения и отопления.

Известен солнечный коллектор, содержащий корпус из черного полимерного пористого материала, перегородки, выполненные на внутренней поверхности корпуса со стороны его дна и слой прозрачной изоляции, жестко связанный со стенками корпуса и перегородками с образованием каналов для теплоносителя [1].

Недостатком известного коллектора является однородная теплопроводность материала корпуса по всему объему, что повышает материалоемкость и снижает его тепловую эффективность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является солнечный коллектор, содержащий корпус из полимерного пористого материала, каналы для теплоносителя и два слоя прозрачной изоляции, верхний из которых выполнен в виде крышки, жестко связанной со стенками корпуса, при этом пористость полимерного материала увеличивается в направлении от наружной к внутренней поверхности корпуса [2].

В данном коллекторе использован анизотропный материал корпуса, что устраняет недостаток, связанный с однородностью теплопроводности по объему материала. Однако в указанном коллекторе использован поглотитель солнечной энергии в виде самостоятельного элемента, расположенного на дне корпуса. В этой связи внутренняя поверхность корпуса имеет максимальную пористость для обеспечения теплоизоляционных свойств материала. Кроме того корпус коллектора выполнен из трех слоев, разделенных гидрозащитными мембранами, что приводит к технологическим трудностям при изготовлении.

Таким образом наличие поглотителя солнечного излучения в виде самостоятельного элемента усложняет конструкцию, повышает материалоемкость и снижает надежность из-за разности тепловых расширений материалов, используемых при изготовлении элементов коллектора. Кроме того, не используются в достаточной мере положительные свойства анизотропных материалов.

Задачей изобретения является упрощение конструкции, технологии ее изготовления, снижение материалоемкости, повышение надежности. Указанная задача может быть реализована использованием такой технологии изготовления корпуса коллектора, которая придавала бы ему свойства поглотителя, тепло- и гидроизоляции с высокой степенью прочности.

Конструктивно указанная задача решается тем, что в солнечном коллекторе, содержащем корпус из полимерного пористого материала, каналы для теплоносителя и два слоя прозрачной изоляции, верхний из которых выполнен в виде крышки, жестко связанной со стенками корпуса, при этом пористость полимерного материала увеличивается в направлении от наружной к внутренней поверхности, внутренняя поверхность корпуса со стороны его дна имеет перегородки, нижний слой прозрачной изоляции жестко связан с перегородками с образованием каналов для теплоносителя, а полимерный материал выполнен черным и его пористость увеличивается в направлении от внутренней к наружной поверхности с образованием наибольшей пористости в середине элементов корпуса, составляющей 0,15-0,20 от плотности сплошного материала.

Нижний слой прозрачной изоляции может быть выполнен гофрированным, аркообразного типа, при этом основания арок жестко связаны с перегородками, а последние имеют в сечении трапециевидную форму.

На чертеже показан солнечный коллектор.

Солнечный коллектор содержит корпус 1 из полимерного пористого материала и два слоя прозрачной изоляции, верхний слой 2 выполнен в виде крышки, жестко связанной со стенками 3 корпуса 1, при этом пористость полимерного материала увеличивается в направлении от наружной к внутренней поверхности корпуса 1. Внутренняя поверхность корпуса со стороны его дна имеет перегородки 4, нижний слой 5 прозрачной изоляции жестко связан с перегородками 4 с образованием каналов 6 для теплоносителя, а полимерный материал выполнен черным и его пористость увеличивается в направлении от внутренней к наружной поверхности с образованием наибольшей пористости в середине элементов корпуса - донной части, стенок и перегородок, составляющей 0,15-0,20 от плотности сплошного материала.

При уменьшении пористости менее 0,15 от плотности сплошного материала уменьшаются теплоизоляционные свойства корпуса, а увеличение пористости более 0,20 нецелесообразно, так как сам корпус имеет небольшую толщину. Нижний слой 5 прозрачной изоляции выполнен гофрированным, аркообразного типа, при этом основания арок жестко связаны с перегородками 4, а последние имеют в сечении трапециевидную форму.

Выполнение нижнего слоя в виде нескольких арок усиливает его в конструктивном отношении, так как при прогибе изгибающее напряжение преобразуется в напряжение сжатия, более выгодное в прочностном отношении. Кроме того, аркообразный вид нижнего слоя обеспечит постоянство его пропускной способности для солнечных лучей при движении солнца и изменении угла падения лучей. Здесь используется свойство сферы, обеспечивающее постоянство освещенности при любом положении источника света.

Выполнение перегородок с трапециевидным сечением увеличивает эффективность поглощения солнечной энергии при изменении угла падения лучей.

Солнечный коллектор работает следующим образом.

Солнечное излучение, попадая на поверхность каналов 6, являющуюся теплоприемной, нагревает ее. Так как плотность корпуса уменьшается вглубь корпуса, снижается в этом направлении теплопроводность, а следовательно, тепло с поверхности каналов будет передаваться в основном теплоносителю, протекающему по каналам.

Под воздействием веса теплоносителя корпус прогибается, т. е. работает на изгиб. Наиболее напряженными участками при изгибе будут верхние и нижние "слои" корпуса, работающие соответственно на сжатие и растяжение. Именно они имеют наибольшую плотность, а средние "слои" относительно нейтральны и плотность их мала. Таким образом, перераспределение плотности по объему корпуса приводит к более рациональному восприятию нагрузок, а следовательно, к снижению материалоемкости при сохранении ее прочности. Одновременно увеличение пористости к середине от внутренней поверхности снижает теплопроводность внутрь корпуса и увеличивает теплоприем на его поверхности, что приводит к повышению тепловой эффективности.

Увеличение пористости от наружной поверхности к середине корпуса придает этой поверхности гидрозащитные свойства.

Таким образом, в данном коллекторе материал корпуса обладает свойствами поглотителя, тепло- и гидроизоляции с высокой степенью прочности.

Использование: в процессах преобразования солнечной энергии в тепловую, в частности в солнечных коллекторах для обеспечения горячего водоснабжения и отопления. Сущность изобретения: корпус коллектора выполнен из черного полимерного пористого материала, пористость которого увеличивается от наружной и внутренней поверхностей к середине корпуса. На внутренней поверхности имеются перегородки 4, сверху которых расположен слой 5 прозрачной изоляции аркообразного типа, жестко связанный с перегородками 4 с образованием каналов 6 для теплоносителя. Со стенками 3 корпуса жестко связан слой 5 прозрачной тепловой изоляции. Перегородки имеют трапециевидную форму. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР, содержащий корпус из полимерного пористого материала, каналы для теплоносителя и два слоя прозрачной изоляции, верхний из которых выполнен в виде крышки, жестко связанной со стенками корпуса, при этом пористость полимерного материала увеличивается в направлении от наружной к внутренней поверхности корпуса, отличающийся тем, что внутренняя поверхность корпуса со стороны дна имеет перегородки, нижний слой прозрачной изоляции жестко связан с перегородками с образованием каналов для теплоносителя, а полимерный материал выполнен черным и его пористость увеличивается в направлении от внутренней к наружной поверхности с образованием наибольшей пористости в середине элементов корпуса. 2. Коллектор по п.1, отличающийся тем, что наибольшая пористость полимерного материала составляет 0,15 - 0,20 плотности сплошного материала. 3. Коллектор по п. 1, отличающийся тем, что нижний слой прозрачной изоляции выполнен гофрированным, аркообразного типа, при этом основания арок жестко связаны с перегородками, а последние имеют в сечении трапециевидную форму.